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高容量交換系統的製作方法

2023-12-08 06:48:36 2

專利名稱:高容量交換系統的製作方法
技術領域:
本發明涉及通信領域,並且更具體而言涉及在光傳輸網絡中使用的高容量網絡節點。
背景技術:
在光傳輸網絡中,需要可以在大量輸入和輸出埠之間靈活地交換大量高速數據信號的網絡節點。如今,光接口可用於高達40G比特/秒的信號速率,並且正在研究用於100G比特/秒的信號速率的接口。如今,大型網絡節點能夠處理的總業務容量的範圍高達數兆比特每秒。這種網絡節點是基於高速電信號交換的。考慮到核心網中不斷增長的業務量需求,可以預計在未來將需要具有更高的交換容量的網絡節點。在電氣領域中執行交換的網絡節點將根據佔地面積和功耗而在尺寸上受到限制。全光交換技術正處於開發之中,但是當前允許以STS-I或分組粒度來交換100G比特/秒信號的光交換機仍然不可用,至少未用於大型交換機,而且一旦成熟之後成本也將相當高。

發明內容
本發明提供了一種在傳輸網絡中使用的高容量交換系統,其包括多個輸入/輸出子系統和可被配置為將該輸入/輸出子系統互連的中央互連裝置。該子系統具有用於從網絡的傳輸線路接收數據信號並且向網絡的傳輸線路發送數據信號的輸入/輸出線路模塊,用於將該子系統連接到該互連裝置的一個或多個鏈路模塊,以及用於在子系統內的輸入/輸出模塊與一個或多個鏈路模塊之間在時域和空域中交換數據信號的本地交換裝置。該鏈路模塊適用於將來自同一輸入/輸出子系統的不同輸入/輸出線路模塊的並且去往另一個所述輸入/輸出子系統的輸入/輸出線路模塊的數據信號聚合成信號突發,並且向每個信號突發添加有效載荷間隔。該交換系統還具有調度器,該調度器在該有效載荷間隔期間將該互連裝置配置為將信號突發交換到它們的目的地子系統。在具體的實施方式中,該互連裝置包括被配置為用於將所述子系統中的任意一個連接到任意一個的雙向光環路形式的光纖互連。每個都以唯一波長進行發射的光發射器位於鏈路模塊處,並且用於從光纖環路接收信號突發的可調諧光接收器也位於鏈路模塊處。在可選擇的實施方式中,使用光空間交換矩陣來實現該互連裝置。這些實施方式針對不斷增長的業務量需求提供了一種可以低成本實現的可擴展的並且靈活的技術方案。具體而言,該光環路實現在冗餘、成本和功耗方面提供了優勢。此夕卜,其使得能夠非常有效地實現組播連接。


現在將參考附圖來描述本發明的優選實施方式,其中圖I顯示了利用光交叉交換機的高容量網絡節點的第一實施方式;
圖2顯示了利用光環路的高容量網絡節點的第二實施方式;圖3顯示了在圖2的網絡節點中使用的內部信號結構。
具體實施方式
鑑於現有交換系統的限制和缺點,發明人已想到新的節點架構和交換原理,以實現高容量高速光網絡節點。該交換系統採用多個輸入/輸出擱板(shelf)以及中央交換結構和控制子系統,其中該輸入/輸出擱板攜帶多個I/O卡,諸如IP業務、S0NET/SDH/0TH業務或乙太網業務之類的傳輸業務在I/O卡處進入該系統。在優選實施方式中,該交換結構具有基于波分復用的簡單的分路和延續架構。如下文中將更詳細地解釋的,將使用快速可調諧接收器來選擇合適的業務信號。圖I顯示了在第一實施方式中具有通過中央空間交換矩陣M互連的多個I/O擱板Sl-Sn的大型交換系統I的設計。為了簡單起見,顯示了從左到右的業務流方向。但是,應該理解全部信號路徑實際上都是雙向的,並且每個I/O擱板都具有用於兩個方向的集成在同一 I/O板上的接收器和發射器。但是,在下文的描述中,對於左手邊的擱板僅顯示其用於交換系統I的接收器功能,而對於右手邊的擱板僅顯示其發射器功能。輸入側擱板SI、......、Sn_l中的每一個都具有多個輸入線路卡或模塊I1_I4,多個
中央級交換機CS1-CS4以及多個鏈路卡LC1-LC4。將輸入線路卡I1-I4中的每一個經由中央級交換機CS1-CS4中的每一個連接到鏈路卡LC1-LC4中的每一個,如僅以輸入線路卡Il與鏈路卡LCl的連接為例所顯示的。在該實施方式中,顯示了四個輸入卡、四個中央級交換機和四個鏈路卡。但是,實施方式不限於該具體數目,並且輸入線路卡、中央級交換機和鏈路卡的數目可以彼此不同。該實施方式的中央級交換機是不可知的信元交換機。輸入線路卡提供接收的業務信號的適配功能以及用於將業務信號切割成長度相同的信元的分段功能,並且添加用於指示輸出埠的地址信息。對於時分復用(TDM)業務,如SDH或OTN幀,輸入線路卡還提供用於在信號進入中央級交換機之前互換時隙位置的時間交換功能。鏈路卡聚合接收到的信元,並且將它們饋送給中央交換矩陣M。鏈路卡也執行時間交換功能,以將從中央級模塊接收的信元交換到去往中央交換矩陣M的信號中的正確的時隙位置。每個輸入擱板因此可以為TDM業務提供時間-空間-時間(TST)交換功能。具體而言,鏈路卡在其去往交換矩陣M的輸出處提供如信號BS所示意性地顯示的突髮結構的輸出信號。突發信號BS包括長度相等的信號突發B,其中每個突發去往特定的輸出擱板。信號突發B包括一個或多個信元C,並且始於有效載荷間隔G,將在下文解釋有效載荷間隔G的功能。每個鏈路卡的時間交換功能因此將來自不同的輸入埠的但是去往同一輸出擱板的信元聚合成信號突發B。通過如此操作,可以大大減少互連信道的數目。為了支持信號中的間隔G,已經增加了信號比特速率。本質上可以將這些突發視為內部時分復用信號中的時隙,並且每個突發表示特定的有效載荷信道。除了有效載荷信道之外,可以向內部信號添加下文將進一步解釋的OAM和控制信道。中央交換矩陣M是空間交換機,其具有比輸入輸出擱板中的交換機低的交換粒度和交換速度。因此,間隔G用於獲得基於每個突發來配置交換矩陣所需要的時間。可以將該構思應用於具有不同交換速度的交換技術的任意組合。在優選實施方式中,中央交換矩陣M是光交換機,並且鏈路卡包括E/Ο轉換器以生成光突發信號BS。可以使用例如微型鏡面技術、液晶技術、平面波導線路中的波束轉向交換機或者可調諧光纖技術來實現光交換矩陣。輸出側擱板(如擱板S2)包括鏈路卡LC1』_LC4』,其接收來自中央交換矩陣M的信號,轉換回電域,並且通過多個中央級交換機CS1』-CS4』將信號突發B中所包括的有效載荷信元分配給合適的輸出線路卡01-04。輸出線路卡具有重組功能,用於重組有效載荷信號,以便前向傳輸接收到的信號。與輸入側類似,擱板S2執行從在不同的鏈路卡LC1』-LC4』處接收的信號突發到輸出線路卡01-04的外出數據信號的時間-空間-時間交換功能。簡而言之,發明人提出的交換構思採用位於入口 I/O擱板中的多個時間-空間-時間電交換機,其生成在承載實際的有效載荷信號的連續突發之間具有(關於有效載荷的)間隔的新的更高速率的TDM信號。空間交換機M定義出口 I/O擱板。出口 I/O擱板 提供第二時間-空間-時間電交換功能。輸入側I/O擱板表示第一交換級,其支持到其他I/O擱板的本地和第一級交換。對專用於不在同一 I/o擱板中的埠的全部信號進行重排,使得每個突發包括專用於一個其他擱板的信號的集合。突發自身被細分成信元,以允許保持非常精細的信號交換粒度,例如STS-I的等同形式。除了時隙重構之外,還引入了有效載荷間隔,其產生了所謂的連續突發。間隔的引入增加了內部信號的傳輸速度。然後,在中央空間級M中將突發交換到相應的目的地I/O擱板。由於中央級使用不同的技術,例如具有不同交換速度的光交叉或突發交換,所以該間隔使得能夠適應於該速度。可以由中央調度器(未顯示)在進入突發之前配置該光交換機。最後,在出口級以精細的粒度將該信號交換到去往的外出埠的合適的時隙。在廣播或組播的情況中,還可以將突發連接到多個出口 I/o擱板。圖2顯示了利用波分復用和快速可調諧接收器的交換系統的有利的實現的框圖。交換系統10具有四個I/O擱板11、12、13、14,每個I/O擱板裝配有多個I/O卡或模塊。通過中央交換結構15將I/O擱板11-14互連。交換結構15包括雙向的雙光纖環路16,I/O擱板11-14中的每一個連接到該環路。光環路16使用波長復用來承載從所有擱板到所有其他擱板的所有業務。向每個擱板分配不同的波長子集λ1-λ4以供傳輸。可以基於每個突發將每個擱板上的接收器調諧到這些波長中的任何一個。代替「真實」交換機,來自所有I/O擱板的所有鏈路卡的所有信號都沿著光環路16被路由,並且可以在所有其他I/o擱板處被接收。向輸入側I/O擱板的鏈路卡中的每個光發射器分配唯一波長,從而可以使用波長復用來並行發送並且在合適的接收器處分離來自不同的鏈路卡以及來自不同的I/o擱板的光突發信號。光環路16是雙光纖環路,其中將全部信號饋送到兩個環路,但是出於保護的目的,這兩個環路使用相對的方向。應該理解,光環路僅僅是用於互連I/o擱板的一種可能。也可以使用其他互連技術,如總線型、星型或集線器型光架構。從一個突發到另一個突發即基於每個突發,將輸出側I/O擱板中的接收器調諧到合適的波長。突發信號中的有效載荷間隔使得有足夠的時間來調諧光接收器。代替「真實」間隔,即代替信號暫停,有效載荷間隔可以包括訓練信號,以在調諧階段將接收器訓練到正確的波長。這可以顯著加速調諧。在操作中,將接收器調諧到第一波長以接收第一信號突發,然後將其調諧到來自不同I/o擱板的第二波長以接收第二信號突發,諸如此類。因此,通過接收器的調諧來實現該實施方式中的光交換。中央調度器21控制I/O擱板,使得輸入側擱板將用於特定輸出側擱板的信元映射到合適的信號突發,並且在正確的時間將輸出側擱板中的可調諧接收器調諧到正確的波長,以接收去往該擱板的信號突發。原則上,同樣有可能向接收器分配固定的波長,並且基於每個突發調諧發射器。但是,這將使組播互連的實現複雜化,因為發射器隨後將必須在突發應該去往的每個接收器波長上複製該突發。此外,與固定波長發射器和可調諧接收器相比,可調諧發射器將更昂貴。調度還可以由與有效載荷信道一起被發送但是被電氣處理以控制光交換的單獨的OAM和控制信道來支持。提供了用於中央控制和調度的中央控制系統20。其包括調度器21以及性能監視(PM)和警報處理及保護交換控制器功能。控制、OAM和調度信息被並行發送到中央控制系統20,並且調度器21使用交換控制信息來配置光交換功能。調度器21的功能在於協調在發射器處發送突發時的定時以及目的地I/O擱板中的接收器將被調諧到發射器波長以接收該突發時的定時。當所有鏈路卡被同步以在同一時刻發送它們的突發時,該協調得以簡化,使得調度器僅在沒有兩個發射器在同一時間發送用於同一接收器的突發時才必須進行協調。作為中央控制和調度系統的替換,可以實現具有彼此通信的輸入調度器和輸出調度器的分布式調度系統。可以用請求和許可消息來實現輸入調度器和輸出調度器之間的通信。另外,可以使用中央調度器來解決擁塞。允許插入有效載荷間隔來配置光交換機的超速因子可以通過非常有效的調製格式來實現,如使用64QAM調製的光OFDM (正交頻分復用)。圖3顯示了具有第一突發BI和第二突發B2的光突發信號BS。用訓練信號T來填充在每個信號突發B1、B2開頭的有效載荷間隔。突發的有效載荷部分承載信號信元C。訓練信號具有已知的信號模式,其使得能夠有效地找到最佳波長。其可以具有光信號中的最大數目的信號轉換。信號模式的選擇可以取決於實際使用的調製方案。對於簡單的開-關鍵控,模式10101010…將表示例如良好的選擇。上述交換結構將允許以成本、功率和尺寸非常有效的方式建立10T/100T或者甚至更高的交換和路由系統。對於I/o級,可以復用現有的交換系統,如阿爾卡特朗訊的光交叉連接器1870TTS。可以將I/O擱板中的本地中央級交換機實現為如EP1699257和EP1641191中所述的或者如申請號為08172422的歐洲專利申請「Network Element forSwitching Time Division Multiplex Signals」中所述的不可知信元交換機,其通過引用的方式併入本文。說明書和附圖僅僅示出了本發明的原理,因此應理解本領域技術人員將能夠想到雖然本文沒有明確描述或顯示但是體現了本發明的原理的各種配置。此外,本文所述的所有示例原則上明確地僅用於教學的目的,以輔助讀者理解本發明的原理和發明人對於推進本領域所貢獻的構思。為了給出優選實現的更具體的示例,I/O擱板可以具有32個線路卡,每個線路卡 具有100G的信號容量。對於該矩陣,I/O擱板將具有用於攜帶在四個不同的波長上進行操作的四個發射器的單個鏈路卡。可以通過中央交換功能15連接15 (或25)個I/O擱板,因此承載60 (或100)個不同的波長。每個波長將承載信號速率大約為IT比特/秒的突發信號。總光鏈路長度將低於300米。在I/O擱板中,將在多個大約53M比特/秒(STS-1的等同形式)的時隙中交換TDM業務。每個有效載荷突發可以具有9. 6μ s的長度。可以在大約20ns中實現接收器中的調諧。每個突發的訓練序列可以具有例如80ns 的長度。
權利要求
1.一種在傳輸網絡中使用的交換系統,包括多個輸入/輸出子系統(Sl-Sn和可被配置為將所述輸入/輸出子系統互連的中央互連裝置(M;15,LC1』-LC4』),其中,所述子系統包括 輸入/輸出線路模塊(11-14,01-04),其用於從所述網絡的傳輸線路接收數據信號,並且向所述網絡的傳輸線路發送數據信號; 一個或多個鏈路模塊(LC1-LC4,LC1』 -LC4』),其用於將所述子系統(Sl-Sn ;11_14)連接到所述互連裝置(M;15);以及 本地交換裝置(CSl-CS4,Csl』-CS4』),其用於在所述子系統(Sl-Sn ;11_14)內的所述輸入/輸出模塊(11-14,01-04)與所述一個或多個鏈路模塊(LC1-LC4,LC1』 -LC4』 )之間在時域和空域中交換數據信號; 其中所述鏈路模塊(LC1-LC4, LCT -LC4』 )適用於將來自同一輸入/輸出子系統的不同輸入/輸出線路模塊(11-14)的並且去往另一個所述輸入/輸出子系統的輸入/輸出線路模塊(01-04)的數據信號聚合成信號突發(B ;B1, B2),並且向所述信號突發(B ;B1, B2)提供有效載荷間隔(G ;T);並且 其中所述交換系統還包括調度器(21),所述調度器用於在所述有效載荷間隔(G ;Τ)期間將所述互連裝置(M;15,LC1』 -LC4』 )配置為將所述信號突發交換到它們的目的地子系統。
2.根據權利要求I所述的交換系統,其中所述互連裝置包括 用於將所述子系統(11-14)中的任意一個連接到任意一個的光纖互連(16); 位於所述鏈路模塊(LC1-LC4)處的光發射器,其中,每個光發射器適用於以與任意其他的所述光發射器的波長不同的唯一波長(λ 1-λ4)進行發射;以及 位於所述鏈路模塊(LC1』-LC4』)處的可調諧光接收器,其用於接收來自所述光纖互連(16)的信號突發(B1,B2)。
3.根據權利要求2所述的交換系統,其中,所述光纖互連(16)被配置為雙向光環路形式。
4.根據權利要求2所述的交換系統,其中,所述有效載荷間隔(T)包括用於所述可調諧接收器的快速調諧的訓練信號。
5.根據權利要求I所述的交換系統,其中,所述互連裝置包括光空間交換矩陣(M)。
6.根據權利要求I所述的交換系統,其中,所述本地交換裝置(CS1-CS4,Csr-CS4』 )適用於執行時間-空間-時間交換功能。
7.根據權利要求6所述的交換系統,其中,所述本地交換裝置(CS1-CS4,Csr-CS4』 )包括 位於所述輸入/輸出線路模塊(11-14,01-04)處的第一時間交換裝置,其用於將接收的數據信號與將要發送的數據信號中的時隙互換; 本地中央級模塊(LC1-LC4,LC1』 -LC4』),其用於在所述輸入/輸出線路模塊(11-14,01-04)與所述一個或多個鏈路模塊(LC1-LC4,LC1』 -LC4』 )之間執行空間交換功能;以及位於所述一個或多個鏈路模塊(LC1-LC4,LC1』-LC4』)處的第二時間交換裝置,其用於交換去往和來自所述信號突發(B1,B2)的有效載荷信號。
8.根據權利要求I所述的交換系統,其中,所述本地交換裝置(LC1-LC4,LC1』-LC4』 )包括信元交換機,並且其中所述輸入/輸出線路模塊包括分段和重組設備,所述分段和重組設備用於將接收的數據信號分段成長度相等的信元,並且添加用於所述信元交換機的地址信息,以及用於重組信元以形成將要發送的數據信號。
9.根據權利要求I所述的交換系統,其中,所述鏈路模塊(LC1-LC4,LC1』-LC4』 )用比所述輸入/輸出線路模塊(11-14,01-04)高得多的數據速率進行發送。
10.根據任意一項前述權利要求所述的交換系統,其中,將所有輸入/輸出子系統(Sl-Sn ; 11-14)的所述鏈路模塊(LC1-LC4,LC1』 -LC4』 )同步,以同步地發送所述突發(B ;BI, B2)。
全文摘要
本發明提供了一種在傳輸網絡中使用的高容量交換系統,其包括多個輸入/輸出子系統和可被配置為將該輸入/輸出子系統互連的中央互連裝置。該子系統具有用於從網絡的傳輸線路接收並且向網絡的傳輸線路發送數據信號的輸入/輸出線路模塊,將該子系統連接到該互連裝置的一個或多個鏈路模塊,以及用於在子系統內的輸入/輸出模塊與一個或多個鏈路模塊之間在時域和空域中交換數據信號的本地交換裝置。該鏈路模塊適用於將來自同一輸入/輸出子系統的不同輸入/輸出線路模塊的並且去往另一個所述輸入/輸出子系統的輸入/輸出線路模塊的數據信號聚合成信號突發,並且向每個信號突發添加有效載荷間隔。該交換系統還具有調度器,該調度器在該有效載荷間隔期間將該互連裝置配置為將該信號突發交換到它們的目的地子系統。
文檔編號H04Q11/00GK102656900SQ201080057543
公開日2012年9月5日 申請日期2010年11月26日 優先權日2009年12月18日
發明者G·邁爾, H·豪恩施泰因 申請人:阿爾卡特朗訊

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